Классификация устройств управления
1 Устройство управления………………………
2 Схемы Устройство управления
…………………………....................
3 Структурная схема
4 Устройства управление портами компьютера. ………………………………..….15
5 Блок управления памятью…………………
6 Управляющие устройства (УУ): их виды ………………………………………………19
7 Вывод…………………………………………………………………
8 Литература……………………………………………………
1 Устройство управления
Структура УУ определяется важнейшей характеристикой процессора – адресностью машинных команд. Рассмотрим структуру УУ для двухадресных команд и взаимодействие его элементов в процессе функционирования
(рисунок №1):
Блок центрального управления генерирует сигнал о начале выполнения очередной команды (связь 1). Ее адрес А находится в счетчике адреса команд.
Блок выборки из памяти по сигналу считывает из ОЗУ по адресу А, который выбирается из счетчика адреса команд (связь 8), очередную команду (связь 2) и помещает ее на временное хранение в регистр команд (связь 3).
Дешифратор кода операции выбирает код (связь 4) и расшифровывает его. Затем передает информацию блоку формирования управляющих сигналов (связь 10):
если операция арифметическая, от блока формирования управляющих сигналов поступает сигнал в блок выборки из памяти (связь 5) с командой считать из ОЗУ операнды, расположенные по адресам, указанным в регистрах первого и второго операндов (связь 6), и поместить их в соответствующие регистры АЛУ (о структуре АЛУ см. в п. 9.3). Затем формируется сигнал в АЛУ на выполнение нужной операции (связь 7). Счетчик адреса команд увеличивается на объем команды (связь 9);
если операция ввода-вывода, блок формирования управляющих сигналов формирует сигнал УВв и УВыв (связь 7). Счетчик адреса увеличивается на объем команды (по связи 9);
если операция условного перехода, блок центрального управления анализирует результат предыдущей операции, находящийся в АЛУ. Если знак результата отрицателен, в счетчик адреса команд записывается адрес из регистра первого операнда. Если знак положителен, в счетчик адреса команд записывается адрес из регистра второго операнда. Если результат равен 0, в счетчик адреса команд добавляется 1 (эти связи не показаны). Так реализуется принцип условного перехода. если операция безусловного перехода, в счетчик адреса команд пересылается содержимое регистра первого операнда (связь не показана).
Управляющие устройства (УУ): их виды Операционные устройства позволяют выполнить преобразование некоторых кодов в соответствии с логикой выполняемой операции. При этом операционное устройство может быть представлено множеством микроопераций, которые могут быть выполнены последовательно или параллельно при инициировании определённых составляющих узлов с помощью выделенных сигналов управления. Например, сложение/вычитание двоичных кодов выполняется следующей последовательностью сигналов: Т.о. возникает необходимость в использовании спец. устройства (устройство управления), которое предназначено для формирования распределённой во времени последовательности управляющих сигналов, подаваемых на компоненты операционного блока вместе с сигналом синхронизации и обеспечивающие выполнение заданной операции. Существуют 2 принципиально разных подхода к УУ: 1)УУ с жесткой логикой; 2) УУ с микропрограммной логикой или МПУУ УУ с жесткой логикой строятся на основе жестко заданных связей между его компонентами, реализующих формирование и передачу сигналов управления в требуемой последовательности, учитывая состояние УУ, выполняемую операцию и значения т.н. «осведомительных сигналов», характеризующих результаты выполнения предыдущей операции, а также состояния требуемых компонент операционного устройства. УУ с жесткой логикой не поддаются модификации и при необходимости изменений должны быть полностью заменены. Основное их достоинство – высокая производительность, связанная с формированием управляющих сигналов с помощью комбинационных схем. Управляющие устройства с жесткой логикой представлены координационными схемами, который обеспечивают построение распределения во времени последовательности сигналов управления, в зависимости от кода операции и № такта сигнала синхронизации. При этом учитывается значение осведомительного сигнала от операционного устройства. ПоПо ходу операции из Рг команд, дешифратор кода активирует 1 выходную линию, соотв. выполняемой команде. Счетчик тактов запускается с мом. выполнения тек. команды. Дешифратор нового такта активизирует 1 вых. линию, соотв. № такта. В результате устр. обр. упр. сигналов, в зависимости от № такта и вып. команды, с помощью логических схем «и/или», формирует требуемую последовательность управляющих сигналов, инициализирующих выполняемые последовательности МО в операционных устройствах. Недостаток данного устройства – ориентация на выполнение команд, требующих одинакового количества тактов, поэтому для ее исп. необх. «выровнять» все команды по команде, треб. max числа тактов. Команды, треб. mi количества тактов – однобайтные команды, или команды с mi количеством бит (команды обр. регистров, изм. режимов, команды установки и т.д.). В отличие от них, длинные команды исп. смешанную адрессацию (регистровую и непосредственную, косвенную). Поэтому выравнивание команд приводит к неэф-му исп. памяти. Для повышения эф-ти устр. упр. с ж. л. исп. счетчики тактов, обеспечивающие выполнение требуемого типа команд. В качестве примера рассмотрим управляемое устройство, обеспечивающее выполнение, или поддержку коротких и длинных команд. В зависимости от типа команды по длине, схема управления предоставляет возможность активизировать или только счетчик тактов 1, или на определенном такте запускать счетчик тактов 2, реализуя выполнение команд, требующих большего количества тактов.
С другой стороны позволяет упростить и автоматизировать процессы проектирования УУ и микропроцессоров в целом. Состав: УФАМК – устройство формирования адреса микрокоманды; РгАМК – регистр адреса микрокоманды; ПМК – память микрокоманды; РгМК – регистр микрокоманды; ДШМК – дешифратор микрокоманд (дешифратор микрооперации); КОП - код операции. Начальный источник операции – регистр команд, из которого используется код операции микрокоманды. На основании этого кода УФАМК формирует первой микрокоманды в составе МП-программы, обеспечивающей выполнение данной команды. Один из вариантов формата микрокоманды следующий: код МО из РгМК попадает в ДшМК, который используется для образования управляющих сигналов. код МО адрес след. МК Управляющие сигналы идут на операционное устройство и совместно с сигналами синхронизации обеспечивают (синхронизируют) выполнение одной или нескольких микроопераций в составе операционного устройства (АЛУ). Адресная часть микрокоманды идет в УФАМК для выбора следующей микрокоманды. На выбор следующей микрокоманды влияют результаты выполнения предыдущей микрооперации, поступающей из операционного блока. Процесс идет до выполнения всех операций в составе команды. Для кодирования микрокоманд используется несколько форматов: Горизонтальное кодирование: поле команды, соответствующее коду микрооперации представлялось в виде V1 V2 V Адрес. Каждый разряд поля соответствует одному функциональному сигналу УУ, соответствующему некоторой микрооперации операционного устройства. Если в этом поле - «1» то это значит, что соответствующая микрооперация будет инициализирована независимо от содержания других рядов этого поля. В таком случае каждой микрокоманде единичные разряды поля микрооперации обеспечивают выполнение соответствующих функций операционного устройства. Недостаток - длина микрокоманды, учитывая, что количество микроопераций может составлять несколько сот. С другой стороны, учитывая, что многие микрокоманды несовместимы, соответствующее поле микрокоманды будет состоять практически из нулей. Вертикальное кодирование. В поле микрооперации находится код микрооперации, который для дальнейшего использования требует дешифратора. Недостаток – «длинный» микропрограммы, т.к. в каждом такте сигналов синхронизации может быть активизирована только одна микрооперация. На практике распространено смешанное кодирование в 2-х вариантах: вертикально-горизонтальное и горизонтально-вертикальное. Ветртикално-горизонтальное: всё множество операций V разбивается на k подмножеств Vi. Каждое подмножество размещается в составе поля микрооперации, занимая фиксированный размер в составе поля. Такие микрокоманды называют микрокоманды с полевой структурой. Каждое такое выделенной поле управляет некоторым подмножеством микроопераций, задавая код данной микрооперации. В результате требуется k дешифраторов. Данный подход позволяет объединять в одном такте выполнение k микроопераций. Горизонтально-вертикальное содержит поле микрооперации из двух частей:V1 V2 Vk lПервая область содержит некоторые управляющие сигналы, содержание и значение которых зависит от кода во второй области.
В состав АТС входят: коммутационная система и управляющие устройства; вводные устройства для подключения телефонных линий связи к коммутационной системе; установка электрического питания; вспомогательные устройства (вентиляционные, отопительные и пр.). Коммутационная система (КС) и управляющие устройства (УУ) обычно размещаются в автоматном зале (рис. 1 ). Через КС под управлением УУ образуются соединительные пути между входами ЛТС и её выходами; выбор соединит, пути осуществляется на основании информации о номере вызываемого абонента, которая поступает от телефонного аппарата , вызывающего абонента. КС комплектуется из групп коммутационных устройств, содержащих фиксированное число входов и выходов и конструктивно выполненных в виде плат, панелей, блоков и стативов. В большинстве существующих систем АТС установление соединения между входом и выходом производится поэтапно — методом последовательного поиска и выбора отрезков соединительного пути (на каждом этапе — определённым набором коммутационных устройств, снабженным своим УУ и называемым ступенью искания)
2 Схемы Устройство управления
Рассматриваются принципы построения схемного и микропрограммного устройств управления. Даны различные схемы реализации датчика сигнала, входящего в состав УУ. Представлена микропрограмма для управления арифметико-логическим устройством, описанным в лекции 7.
Компьютер
условно можно разделить на
два основных блока:
Любое действие, выполняемое в
операционном блоке,
Устройство управления
Устройства управления делятся на:
- УУ с жесткой, или схемной логикой и
- УУ с программируемой логикой (микропрограммные УУ).
В устройствах
управления первого типа для
каждой команды, задаваемой
В микропрограммных УУ каждой команде ставится в соответствие совокупность хранимых в специальной памяти слов - микрокоманд. Каждая из микрокоманд содержит информацию о микрооперациях, подлежащих выполнению в данном такте, и указание, какое слово должно быть выбрано из памяти в следующем такте.
Схемное устройство управления
Устройство управления схемного типа (рис. 2 состоит из:
- датчика сигналов, вырабатывающего последовательность импульсов, равномерно распределенную во времени по своим шинам (рис. 3 ) (n - общее количество управляющих сигналов, необходимых для выполнения любой операции; m - количество тактов, за которое выполняется самая длинная операция);
- блока управления операциями, осуществляющего выработку управляющих сигналов, то есть коммутацию сигналов, поступающих с ДС, в соответствующем такте на нужную управляющую шину;
- дешифратора кода операций, который дешифрирует код операции команды, присутствующей в данный момент в регистре команд, и возбуждает одну шину, соответствующую данной операции; этот сигнал используется блоком управления операциями для выработки нужной последовательности управляющих сигналов.
Рис. 2. Функциональная схема схемного устройства управления
Рис. 3. Временная диаграмма работы датчика сигналов
Датчик сигналов обычно реализуется на основе счетчика с дешифратором или на сдвиговом регистре.
Датчик сигналов на основе счетчика с дешифратором
Реализация датчика сигналов
на основе счетчика с
Рис. 4. Схема датчика сигналов на основе счетчика с дешифратором
Рис. 5. Временная диаграмма работы датчика сигналов на основе счетчика с дешифратором
Датчик сигналов на сдвиговом регистре
Проектирование датчика
Рис. 6. Схема датчика сигналов на основе регистра сдвига
Временная диаграмма работы этой схемы приведена на рис. 7
Рис. 7. Временная диаграмма работы датчика сигналов на основе регистра сдвига.
Наиболее сложной частью
3 Структурная схема микропрограммного устройства управления
Микропрограммное
устройство управления
Рис. 8. Функциональная схема микропрограммного устройства управления (УСi - управляющие сигналы, вырабатываемые устройством управления)
Натаблице 1 приведен пример микропрограммы для выполнения операции умножения чисел в дополнительном коде. Предполагается, что начальный адрес микропрограммы равен 300, количество разрядов множителя равно 2, а адресная часть микрокоманды содержит адрес микрокоманды, которая должна быть выбрана в следующем такте. В последней микрокоманде в регистр команд загрузится очередная команда, код операции которой определит начальный адрес очередной микропрограммы. В реальных микропрограммных устройствах управления формирование адреса следующей микрокоманды проводится более сложным образом, учитывающим возможности ветвлений и циклического повторения отдельных фрагментов микропрограмм.
Адрес МК У С1 УС2 УС3 УС4 УС5 УС6 Сигнал записи в РК Адрес следующей МК
300 1 0 1 0 0 1 0 301
301 0 0 0 0 1 0 0 302
302 0 1 0 1 0 0 0 303
303 0 0 0 0 1 0 0 304
304 0 1 0 1 0 0 1 X
Из анализа структуры и
Устройство управления, реализованное
по микропрограммному принципу,
может легко настраиваться на
возможные изменения в
4 Устройства управление портами компьютера.
Внешние порты компьютера. Виды портов компьютера.
Если посмотреть на корпус сзади компьютера, то видим множество «гнезд» или «разъемов». В компьютерной терминологии принято употреблять слово «порт». Это и есть - внешние порты компьютера. Рассмотрим, какие же виды портов компьютера бывает.
Параллельный порт (LPT) (25-контактный разъем). Предназначено, для подключения принтера, сканера и внешних устройств – накопителей информации, т.е. для резервного копирования информации. До недавне¬го времени отличался сравнительно высокой скоростью передачи дан¬ных, около 2 Мбайт/с. Как правило, LPT-разъем на задней стенке компьютера, только один.
Последовательные порты (СОМ) (9- и 25-контактный разъем). Отличаются куда меньшей скоростью, около 112 кбайт/с. Потому и выпадала на их долю поддержка не быстрых устройств - например, мыши и модема. Первоначально СОМ-портов было на ком¬пьютере четыре штуки, однако со временем их осталось лишь два. Потому-что мышь подключили последовательному порту на свой собственный разъем PS/2, разделив его с клавиатурой, а на долю СОМ - порта осталась лишь поддержка медлительного модема. Со временем, впрочем, и этот вечный поклонник СОМ - порта неизбежно эмигрирует к новому порту USB - и тогда СОМ-порт окончательно и бесповоротно уйдет в прошлое.
Порт PS/2. В свое время мышь и клавиатура, схожие как по своему назначению (устройства управления), так и по низким требованиям к скорости передачи данных, были подключены в совер¬шенно разные разъемы. Мышь с модемом на СОМ - разъеме, а клавиатура имела свой собственный, разъем. Со временем было решено создать для этой внешних устройств гнезда. Так и родился разъем PS/2, по¬явившийся на массовых материнских платах в 1998 году. Подключить к нему что-то кроме клавиатуры и мыши у вас вряд ли получится, пото¬му и долго говорить о нем нет нужды. Эти разъемы предназначены, только для - мыши и клавиатуры. Поэтому под обоими разъе¬мами на задней стенке компьютера имеются подписи - соответствен¬но, Mouse и Keyboard.
5 Блок управления памятью
Блок управления памятью или устройство управления памятью (англ. memory management unit, MMU) — компонент аппаратного обеспечения компьютера, отвечающий за управление доступом к памяти, запрашиваемым центральным процессором. Его функции заключаются в трансляции адресов виртуальной памяти в адреса физической памяти (то есть управление виртуальной памятью), защите памяти, управлении кеш-памятью, арбитражем шины и, в более простых компьютерных архитектурах (особенно 8-битных), переключением блоков памяти. Иногда также упоминается как блок управления страничной памятью (англ. Paged memory management unit, PMMU)
В настоящее время, чаще всего, упоминается в связи с организацией т. н. виртуальной памяти и, следовательно, критически важен для многих современных многозадачных операционных систем, включая все современные Windows NT и многие из UNIX‐подобных. Специальная редакция ядра Linux, μClinux, может работать без MMU.
Блок управления памятью в настоящее время очень часто включается в состав центрального процессора или чипсета компьютера.
Принципы работы
Принцип работы современных MMU основан на разделении виртуального адресного пространства (одномерного массива адресов, используемых центральным процессором) на участки одинакового, как правило несколько килобайт, хотя, возможно, и существенно большего, размера равного степени 2, называемые страницами. Младшие n бит адреса (смещение внутри страницы) остаются неизменными. Старшие биты адреса представляют собой номер (виртуальной) страницы. MMU обычно преобразует номера виртуальных страниц в номера физических страниц используя буфер ассоциативной трансляции (англ. Translation Lookaside Buffer, TLB). Если преобразование при помощи TLB невозможно, включается более медленный механизм преобразования, основанный на специфическом аппаратном обеспечении или на программных системных структурах. Данные в этих структурах как правило называются элементами таблицы страниц (англ. page table entries (PTE)), а сами структуры — таблицами страниц (англ. page table, PT). Конкатенация номера физической страницы со смещением внутри страницы дает физический адрес.
Элементы PTE или TLB могут также содержать дополнительную информацию: бит признака записи в страницу (англ. dirty bit), время последнего доступа к странице (англ. accessed bit, для реализации алгоритма замещения страниц наиболее давно использованный (англ. least recently used, LRU), какие процессы (пользовательские (англ. user mode) или системные (англ. supervisor mode)) могут читать или записывать данные в страницу, необходимо ли кэшировать страницу.
Последовательный порт и интерфейс USB. Порт USB(Universal Serial Bus) – называют универсальным портом, т.к. он призван положить конец раз¬нобою портов и устройств на компьютере. Теперь все они должны под¬ключаться только через USB! Известно, если к каждому из старых портов можно было подклю¬чить только одно устройство, то на один USB-порт их можно подклю¬чить 127. Потому что все USB-устройства могут подключаться к компьютеру «по цепочке. Единственное правило, которое следует соблюдать при работе с USB - первыми в цепочке должны быть самые производительные устройства: принтер, сканер, колонки, накопители. А в самом конце – клавиатура и мышь. Еще одно важное качество USB - этот интерфейс позволяет подключать к компьютеру любые устройства без перезагрузки системы, «горячим» способом. Скорость первой модификации USB составила около 12 Мбайт/с, а сейчас 60-480 Мбайт/с.
6 Управляющие устройства (УУ): их виды
Операционные устройства позволяют выполнить преобразование некоторых кодов в соответствии с логикой выполняемой операции.
При этом операционное устройство может
быть представлено множеством микроопераций,
которые могут быть выполнены
последовательно или
Например, сложение/вычитание двоичных кодов выполняется следующей последовательностью сигналов:
Z=X+Y
- ПрРг1;
- ПрРгВ;
(+) (-)
- ПрРгАПК или ПрРгАИК
- ПрРгСм или ПрРгСм+1
- ПрШДвых
Т.о. возникает необходимость в использовании спец. устройства (устройство управления), которое предназначено для формирования распределённой во времени последовательности управляющих сигналов, подаваемых на компоненты операционного блока вместе с сигналом синхронизации и обеспечивающие выполнение заданной операции.
Существуют 2 принципиально разных подхода к УУ:
1)УУ с жесткой логикой;
2) УУ
с микропрограммной логикой
УУ с
жесткой логикой строятся на основе
жестко заданных связей между его
компонентами, реализующих формирование
и передачу сигналов управления в
требуемой последовательности, учитывая
состояние УУ, выполняемую операцию
и значения т.н. «осведомительных сигналов»,
характеризующих результаты выполнения
предыдущей операции, а также состояния
требуемых компонент
УУ с
жесткой логикой не поддаются
модификации и при
Основное
их достоинство – высокая
Управляющие устройства с жесткой логикой представлены координационными схемами, который обеспечивают построение распределения во времени последовательности сигналов управления, в зависимости от кода операции и № такта сигнала синхронизации.
При этом учитывается значение осведомительного сигнала от операционного устройства.
ПоПо ходу операции из Рг команд, дешифратор кода активирует 1 выходную линию, соотв. выполняемой команде. Счетчик тактов запускается с мом. выполнения тек. команды. Дешифратор нового такта активизирует 1 вых. линию, соотв. № такта.
В результате устр. обр. упр. сигналов, в зависимости от № такта и вып. команды, с помощью логических схем «и/или», формирует требуемую последовательность управляющих сигналов, инициализирующих выполняемые последовательности МО в операционных устройствах.
Недостаток данного устройства – ориентация на выполнение команд, требующих одинакового количества тактов, поэтому для ее исп. необх. «выровнять» все команды по команде, треб. max числа тактов.
Команды, треб. min количества тактов – однобайтные команды, или команды с min количеством бит (команды обр. регистров, изм. режимов, команды установки и т.д.).
В отличие от них, длинные команды исп. смешанную адрессацию (регистровую и непосредственную, косвенную).
Поэтому выравнивание команд приводит к неэф-му исп. памяти.
Для повышения эф-ти устр. упр. с ж. л. исп. счетчики тактов, обеспечивающие выполнение требуемого типа команд.
В качестве примера рассмотрим управляемое устройство, обеспечивающее выполнение, или поддержку коротких и длинных команд.
В зависимости
от типа команды по длине, схема управления
предоставляет возможность
Рассмотрим, каким образом можно обеспечить образование сигналов управления.
Для этих целей используется комбинации логических элементов «и/или», которые в зависимости от типа команды (код команды), № такта и знач. осведомительных сигналов, формируют необходимые сигналы упр.
На примере форм-я сигнала упр. ВР можно говорить, что этот сигнал генерируется при вып. j-й команды во всех тактах, кроме к-го при наличии освидомит. сигнала L.
Для построения устр. упр. с ж. л. используется объединение микропрограмм, включая все выполняемые микропрограммы, кажд. из кот. соотв. некоторому коду команды.
Микропр-ма предст. собой последовательность, а также разветвление выполнения отдельных микропрограмм, в зависимости от кода вып. команды и знач. осведомит. сигналов.
Объедененная микропрограмма м.б. построена по след. схеме:
Для искл. микроопер., вход. во все микропр-ы, их общие части, связ. с начальной инициализацией, а также корректным завершением выполнения, выделяются в общие части микрокоманды. Исключенные части каждой микропер., инициализируются в зав. от кода выполняемой микропрограммы.
Для исп. понятий автоматов при постр. устр. упр. необходимо выделить состояния устр. упр., а также усл. перехода из 1 сост. в др. Для автомата Мура, в кач. состояний исп. события генерации (возникновение соотв. сигналов упр.).
Некоторые сост. могут порождать в т. сл. формирование нескольких сигналов упр. После этого усл. перехода из сост. в сост. будут иметь значения соотв. осведомит. сигналов.

- Классификация факторов денежных доходов и расходов населения
- Классификация фильтрующих маятниковых центрифуг
- Классификация финансового контроля
- Классификация финансовых вложений
- Классификация финансовых правоотношений
- Классификация фирм и методика их изучения
- Классификация форм и видов инвестиций
- Классификация управленческих решений
- Классификация управленческих решений
- Классификация управленческих решений в деятельности органов муниципального управления
- Классификация услуг и основные функции специалиста по связям с общественностью
- Классификация услуг общественного питания
- Классификация услуг розничной торговли
- Классификация услуг розничной торговли